（英）用于MW级回旋管的TE34,10模圆柱高频腔体设计

采用TE34,10-模式开展了140 GHz兆瓦级圆柱回旋管腔体的设计和优化,并分析了工作模的模式竞争情况。由于两个邻近模式TE33,10-和TE31,11+的竞争TE34,10-未能在高效率区稳定振荡,使得输出功率显著降低。为了抑制模式竞争计算了工作模和两个竞争模的滞回曲线,结果表明,TE34,10-能够在磁场由其低功率振荡区下降时对竞争模形成抑制,而在磁场由低到高时则由于竞争模的率先起振反而被竞争模所抑制。基于此设计了由5.59 T下降至5.51 T的时变磁场曲线,在此磁场下开展了包含42个模式在内的多模时域计算,结果表明竞争模式被有效抑制,工作模在此磁场曲线下能够稳定获得0.96 MW的稳定输出功率,对应的电子效率为36.7%,频率为140 GHz。     

太赫兹二次谐波回旋振荡器时域多模分析

推导了时域多模公式并结合频域单模理论对394 GHz二次谐波回旋管进行了模式激励及模式互作用分析.当工作电压为15 kV,工作磁场为7.185 T,工作电流为0.25 A时,在频域单模稳态计算中TE_(261-)~2不能起振,工作模式TE_(261+)~2达到稳定振荡;时域多模仿真结果显示TE_(261+)~2和TE_(261-)~2均能在393.87 GH稳定振荡,TE_(261+)~2在最终振荡中占主导地位,其输出功率和效率分别为136.8 W、3.6%,两者获得的工作模式的输出特性完全吻合.     

140 GHz, TE22,6模式回旋振荡管高频谐振腔

通过数值计算方法,编程模拟了140 GHz, TE22,6模式回旋振荡管开放式缓变截面谐振腔的传播特性,计算出谐振腔的谐振频率和品质因数;利用CST软件对该高频谐振腔进行仿真计算,得到腔体内横截面的电场分布云图。通过实验和仿真软件得到的数据进行比较,两者有较好的一致性。测试结果表明,当磁场为5.48 T,电子注电流为28 A,电子注电压为68.6 kV时,TE22,6模式的平均输出功率为0.25 kW,峰值功率为0.56 MW。当磁场为5.68 T,电子注电流为27.6 A,电子注电压为69.12 kV时,回旋振荡管可同样工作于TE22,6,2模式,平均输出功率为0.21 kW,峰值功率为0.47 MW。     

三次谐波光子带隙谐振腔回旋管

分析了光子晶体谐振腔（PBGC）的模式选择功能,实现PBGC回旋管振荡器高阶电磁模与高次电子回旋模的有效耦合。通过对PBGC禁带特性的分析,定出了工作模式TE34模,并成功抑制了模式竞争。文中建立了PBGC回旋管的等效半径的概念,完成了自洽非线性理论和相关的计算机数值模拟程序。研究发现TE34模能有效地与电子的3次回旋谐波相互作用,其耦合频率为130.5GHz,并极大地降低了对工作磁场的要求。在考虑诸多物理因素影响的情况下,对该3次谐波PBGC回旋管振荡器进行了参数优化研究,得到了参数为：电压430kV、电流35A、磁场1.84T、输出功率1.75MW、互作用效率11.5%的3次谐波TE34模PBGC回旋管振荡器。     

W波段低电压三次谐波回旋振荡管

回旋振荡管采用三次谐波工作方式的互作用磁场只有基波状态磁场的三分之一,可有效降低设计难度,具有广阔的应用前景。通过对三段式单腔结构的耦合系数、起振电流、高频场分布、模式竞争以及注波互作用研究,确定了工作模式为TE03的W波段低电压三次谐波回旋振荡管的基本工作参数;通过粒子模拟软件(PIC)模拟分析,在电子注电压、注电流及速度比分别为35 kV、4 A和1.6时,在93.7 GHz频点处获得15.57 kW的输出功率,效率约11.1%,且该管可在此工作模式下稳定工作。     

大功率太赫兹回旋管的腔体分析与模拟

以0.3 THz回旋管为研究对象,对 TE06模回旋管腔体进行理论分析和起振电流的计算,以避免模式竞争的出现。对选取的电参数进行粒子模拟仿真,在10 kV和300 mA条件下得到 TE06模输出、平均输出功率为152 W及输出频率为299.5 GHz的模拟结果,并对不同磁场和不同电流情况下输出功率进行了分析,为太赫兹回旋管的研制提供参考。     

相对论回旋电子注与驻波场互作用的数值计算

本文从相对论电子运动的基本方程推导出横电(TE)模式下回旋电子注速度相位空间的运动方程。它们适合于回旋振荡管互作用空间的数值计算。对于频率为10GHz的变截面腔TE_(011)场型,工作在回旋基波的回旋振荡管的计算,获得了电子效率为57％和轨道效率为72％的结果。对于频率为35GHz均匀截面腔TE_(021)场型,二次回旋波的回旋振荡管得到了电子效率为26％和轨道效率为40％的结果。文中还讨论了开放式谐振腔纵向场分布函数G(T)、腔体内场幅E_0、电子注半径R_b和轴向磁场B_0等因素对回旋管参量的影响,并给出了相应的结果。     

Ka波段高功率基波回旋速调管高频系统研究

对Ka波段、工作模式为TE021,模的基波高功率回旋速调管的高频结构进行了研究.讨论了群聚腔两端突变对TE02模反射相位和幅值,以及绕射产生的TE01模的相位和幅值的影响;TE01模相干迭加效应和对TE02模场分布形式的影响,通过粒子模拟计算研究了最具破坏性的杂模.优化设计了腔体的尺寸,使得既降低了TE01模对工作模TE02模的影响又有效抑制了最具破坏性的杂模,并得到了34GHz的TE021模四腔回旋速调管放大器设计方案.PIC计算表明:在工作电压70kV,注电流20A,电子横纵向速度比为1.5时,中心频率33.97GHz,输出功率720kW,相对带宽1.5%,电子效率51.4%,饱和增益大干49.7dB.     

损耗介质加载结构Ka波段TE_(01)模回旋行波管放大器稳定性的分析

该文从分析损耗介质加载金属圆波导中电磁波传输特性出发,应用回旋行波管放大器小信号色散方程,研究损耗介质加载结构TE01模回旋行波管放大器绝对不稳定性振荡和回旋返波振荡对器件稳定性的影响.结果表明:损耗介质的加载,可以提高绝对不稳定性起振电流,提高的幅度依赖于工作磁场偏离饱和磁场的程度、电子束横纵速度比等;增加波导损耗介质加载的厚度,可以提高竞争模式的回旋返波起振长度.合理选择波导的损耗层厚度、介电常数以及回旋行波管的工作电压、工作磁场和电子束横纵速度比,可以有效兼顾带宽和抑制不稳定性,保证回旋行波管放大器稳定工作.     

Ka波段TE_（01）模回旋速调管带新型渐变段输出腔设计

利用正余弦拟合的方法和半径渐变波导的耦合波理论,设计出一种Ka波段TE01模回旋速调管带该新型渐变段输出腔。通过Matlab数值计算和HFSS仿真优化,研究了该新型渐变段的传输参数、反射参数、对杂模的抑制等性能指标。仿真结果表明：在渐变段长度为80mm、口径由14mm变化到32mm的情况下,在33～35GHz的范围内该新型渐变的传输参数大于-0.016dB,反射参数小于-55dB,对TE02模的耦合为-25dB和对TE03模抑制在-55dB以下;而该输出腔的中心频率为34.075GHz,Q值为109.6,工作模式TE01模式的模式纯度大于0.94。     

W 波段低电压回旋振荡管的研究

文中通过对复合腔结构的W 波段二次谐波回旋振荡管高频结构、起振电流、模式竞争及注波互作用研究, 确定了工作模式为TE02-TE03 的W 波段低电压二次谐波回旋振荡管的基本工作参数。粒子模拟表明,应用25kV,4A, v⊥/v‖=1.6 的双阳极磁控注入枪时,该管能够在94GHz 频率产生26.6kW 的峰值输出功率,高于26%的效率。并且结果 表明,该管在该工作模式下工作稳定。     

W波段回旋行波管输出结构的优化设计*

在回旋行波管的设计过程中,输出结构性能的高低直接影响到整管增益的高低以及输出功率的大小。采用切比雪夫渐变波导作为耦合输出段,通过对轮廓线的计算程序进行改进,将中心频率作为可变量进行了修正。仿真结果表明,长度为75mm改进后的切比雪夫渐变结构不仅能抑制工作模式向杂模TE02和TE03的耦合,还能有效减少工作模式的反射。在整个工作频段内,杂模TE02和TE03的耦合系数分别低于-33dB和-65dB,TE01模的反射系数低于-20dB,TE01模的传输系数高于-0.01dB。     

基片集成波导双频段可调滤波器设计

根据基片集成波导谐振腔微扰原理,设计了一种基片集成波导双频带可调滤波器。通过在基片集成波导谐振腔中插入不同数量的金属铜柱,对电场进行微扰,实现滤波器四个状态可调。滤波器的第一通带由TE101模谐振产生,第二通带由TE_(102)和TE_(201)模谐振产生。为了验证设计的有效性,对可调滤波器进行加工与测试,实测滤波器的中心频率可以在5.25/8.25 GHz、6.40/8.32 GHz、7.90/8.95 GHz、8.20/9.20 GHz变化,插入损耗为-2.1～-3.8 dB,回波损耗小于-10 dB,满足设计要求。该滤波器具有易调谐、与其他平面电路易集成等优势。     

3mm二次谐波回旋振荡管设计与数值模拟

二次谐波回旋振荡管的互作用磁场比基波回旋振荡管的磁场降低了一半,从而降低了设计难度,具有广阔的应用前景。通过对单腔结构的W波段二次谐波回旋振荡管高频结构、起振电流、模式竞争以及注波互作用研究,确定了W波段TE02模二次谐波回旋振荡管的基本工作参数,通过粒子模拟(PIC)软件进行计算,在电子注电压为60kV,注电流为6A及速度比为1.5时,获得了67.5kW的输出功率和超过18%的效率,且工作稳定。     

高次谐波大回旋太赫兹振荡器多模工作特性

设计了一支可工作于4～9次谐波的大回旋太赫兹振荡管,借助于三维粒子模拟,研究了设计的大回旋振荡管注-波互作用机理、高次谐波工作特性、谐波模式间竞争等关键特性。结果表明,通过调节磁场强度,可以在多个相邻谐波处连续激发振荡,实现频率为240 GHz到460 GHz之间的太赫兹波辐射,最大辐射功率为19kW。同时研究了第7、8和9次谐波模式之间的竞争,讨论了实现稳定注-波互作用和高次谐波状态下单模工作的方法。此外,论文还对不同谐波状态下的欧姆损耗功率进行了研究。     

28GHz二次谐波回旋振荡管的自洽非线性计算

中等功率的连续波回旋管在工业领域有着重要的应用前景．本文对工作在28GHz频率的工业应用回旋振荡管进行了自洽非线性计算．结果表明,在二次谐波工作条件下,选取TE02模式,当电压为32kV、电流为6A时,可以获得连续波输出功率-50kW,效率-28％．     

关于电子回旋频率对单腔回旋管参数影响的实验研究

本工作研究了在H02模二次回旋谐波工作的8mm单腔回旋管中,电子回旋频率磁场对振荡幅值、输出功率、工作频率、频谱、工作电压和振荡区等主要参数的影响。利用高稳定的电子回旋频率可使该类器件的频率稳定度达10-5量级,频谱宽度和频谱漂移小于1.5MHz。还为实际应用该类器件提供了有用的数据。     

用于受控热核聚变的兆瓦级同轴腔回旋振荡器的注-波互作用分析

相对于高阶工作模式的单腔回旋管,同轴腔回旋管具有缓解模式竞争,提高单模工作的稳定性,以及增大功率容量的优点,宜用于受控热核聚变中的电子回旋共振加热和电子回旋电流驱动而受关注.详细地研究了工作频率为170 GHz,TE_(34,11),模同轴腔回旋管的结构参数、电子束参数及腔壁损耗对注-波互作用的影响.首先对170 GHz兆瓦级功率模式选择进行分析,给出了工作模式.再次,基于时域自洽非线性理论,编写了时域单模稳态注-波互作用程序,分析了电流、磁场强度和腔壁欧姆损耗对互作用的影响,并对工作参数进行了优化.模拟结果表明:当电子束电流为68 A,工作电压为65 kV,引导磁场强度为6.58 T时,可获得2.18 MW的输出功率,49.23%的效率,外腔壁上的欧姆损耗密度峰值为1.94 kW/cm~2,内导体表面的小于0.15 W/cm~2;互作用效率随速度零散增大而降低,输出频率向下偏移;电子注厚度对互作用也有相似的影响.     

0.6 THz三次谐波回旋管的研究

 太赫兹回旋管是一类基于电子回旋受激辐射机理的快波器件,同时也是目前最具发展前景的高功率太赫兹辐射源.本文根据回旋管的线性理论和自洽非线性理论对三次谐波、工作频率0.6 THz的回旋管进行了研究,重点讨论了引导中心分别为0mm的实心回旋电子注和0.315mm的空心回旋电子注的模式竞争.通过分析比较,发现工作在0.6THz 、三次谐波的众多模式中TE37模是一比较理想的工作模式,它不仅有相对较高的功率输出,而且还有相对较少的模式竞争.本文中的设计采用55kV/1.0A,电子注的速度横纵比为1.5,在工作磁场7.86T下,数值计算结果表明输出功率达4.73kW.     

220GHz高功率同轴谐振腔回旋管

介绍了220 GHz同轴腔回旋管的设计,工作模式为TE04圆电模式.采用自洽非线性理论对谐振腔的工作参数进行了参数优化,选取工作电压50 k V,工作电流10 A,工作磁场8.4 Tesla.设计的同轴型双阳极磁控注入式电子枪,电子注速度横纵比1.5,速度零散5.2%.并采用粒子模拟方法进行了整管仿真.理论计算与粒子模拟结果表明,设计的220 GHz同轴腔回旋管有望获得200 k W以上的输出功率与40%以上的互作用效率.